通道蛋白转运的时候，自身构象改变吗？

 

来源公众号： 生物侯老师

【人教版教材的表述】转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。

【构象的概念】在有机化合物分子中，由C—C单键旋转而产生的原子或基团在空间排列的无数特定的形象称为构象。指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布。不同的构象之间可以相互转变，一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。

【细胞生物学资料】膜转运蛋白可分为两类：一类是载体蛋白；另一类是通道蛋白。载体蛋白与通道蛋白对溶质的转运机制不同，前者与特异的溶质结合后、通过自身构象的改变以实现物质的跨膜转运，而后者通过形成亲水性通道实现对特异溶质的跨膜转运。载体蛋白具有与底物（溶质）特异性结合的位点∶所以每种载体蛋白对底物具有高度选择性。通常只转运一种类型的分子；转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；既可被底物类似物竞争性地抑制，又可被某种抑制剂非竞争性抑制以及对pH有依赖性等。与酶不同的是，载体蛋白对转运的溶质分子不作任何共价修饰。

通道蛋白有3种类型∶离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白。目前所发现的大多数通道蛋白都是离子通道。通道蛋白形成选择性和门控性跨膜通道。因为对离子的选择性取决于通道的直径、形状以及通道内带电荷氨基酸的分布，所以离子通道介导被动运输时不需要与溶质分子结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过。孔蛋白存在于革兰氏阴性细菌的外膜以及线粒体和叶绿体的外膜上。与离子通道蛋白相比，孔蛋白选择性很低，而且能通过较大的分子。水孔蛋白是近年来发现的一类新的通道蛋白。

与载体蛋白相比，离子通道具有3个显著特征。第一个特征是具有极高的转运速率，比已知任何一种载体蛋白最快转运速率要高1000倍以上。驱动离子跨膜转运的动力来自溶质的浓度梯度和跨膜电位差两种力的合力，即跨膜的电化学梯度。第二个特征是离子通道没有饱和值，即使在很高的离子浓度下它们通过的离子量依然没有最大值。第三个特征是离子通道并非连续性开放而是门控的，即通道的开启或关闭受膜电位变化，化学信号或压力刺激的调控。因此，根据激活信号的不同，离子通道可分为电压门通道，配体门通道和应力激活通道。

在电压门通道中。带电荷的蛋白质结构域会随跨膜电位梯度的改变而发生相应的移动，从而使离子通道开启或关闭。在配体门通道中、细胞内外的某些小分子配体与通道蛋白结合继而引起通道蛋白构象改变，从而使离子通道开启或关闭，如神经递质作用于突触后膜上的受体（也是通道蛋白）。应力激活通道是通道蛋白感应应力而改变构象，从而开启通道形成离子流，产生电信号。内耳听觉毛细胞是依赖于这类通道的典型例子。离子通道决定了细胞膜对于特定离子的通透性，并与离子泵（如Na⁺-K⁺泵）一起，调节细胞内的离子浓度和跨膜电位。神经细胞离子通道的迅速激活导致动作电位的产生和传递，肌细胞中肌质网膜Ca²⁺通道的迅速开启使得储存的Ca²⁺释放到细胞质基质，从而引发肌肉的收缩。有些通道蛋白通常处于开放状态，如钾泄漏通道就是非门控通道，允许钾离子不断外流。

【话题意义】结构与功能观是高中生物学的核心观点，即任何事物的功能都是由其结构决定的，有什么样的结构就有什么样的功能，有类似的结构就有类似的功能，结构如果发生变化，功能就会发生变化，结构与功能相适应。通过本话题可强化此观点，但要注意构象含义的特殊性，酶、载体蛋白等构象的“合理”改变是其实现生物学功能的基础，蛋白质变性很多时候是构象的改变由量变（可逆的）达到了质变（结构破坏：分子内部原有的高度规律性结构发生变化，氢键、盐键、疏水键、范德华引力等被破坏，蛋白质分子从原来有序的紧密结构变为无序的松散结构，但由肽键、二硫键等共价键形成的一级结构没有被破坏），蛋白质变性后生物学功能丧失，类似弹簧的拉直过程。但胃蛋白酶比较特殊，若将其加热到80到90℃时，无消化蛋白质的能力，之后将温度降到37℃，它又可恢复消化蛋白质的能力，但变性时间不能过长。

【授课建议】教材回避了通道蛋白的构象问题，应该是觉得没必要多说，我觉得让学生知道，载体蛋白要与底物结合和一系列构象改变，通道蛋白不用结合即可。通道蛋白的构象问题要是学生问起或者试题的素材碰到再说。可以把学校的看门大叔比作转运蛋白，背着学生过门（主动运输）；手拉着手引导学生过门（载体的协助扩散）；把门开了让学生自己过（通道的协助扩散）

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